十六烷基胺无碱表面活性剂的合成及界面性能研究

谢建波，王 娇

(中国石油辽河油田分公司欢喜岭采油厂，辽宁盘锦 124000)



十六烷基胺无碱表面活性剂的合成及界面性能研究

谢建波，王 娇

(中国石油辽河油田分公司欢喜岭采油厂，辽宁盘锦 124000)

以十六烷基胺、丙烯酸甲酯和二乙醇胺等为原料，经迈克尔加成反应、水解反应及酯交换反应合成新型十六烷基胺无碱表面活性剂，利用红外光谱对产品进行结构表征。对新型十六烷基胺无碱表面活性剂与大庆采油一厂原油45 ℃下油水界面张力进行研究，其可使大庆油水界面张力达到超低界面张力(10-3mN/m)；在与烷基苯磺酸盐复配时，当其质量比为4∶1～5∶1时，复配体系能使油水界面张力达10-4mN/m数量级。

无碱表面活性剂 十六烷基胺 迈克尔加成 烷基苯磺酸盐

三元复合驱是三次采油中较为成熟的驱油技术，然而采出液处理困难及碱对地层造成损害等问题很大程度上限制了其工业化推广[1]。利用十六烷基胺、丙烯酸甲酯和二乙醇胺等为原料，合成了新型低界面张力十六胺无碱表面活性剂，不但可充分发挥聚合物的黏弹性，体系界面张力又可保持在10-3mN/m 数量级。通过红外光谱分析了合成产物，对产品进行结构表征。对新型无碱表面活性剂与大庆采油一厂原油45 ℃下油水界面张力进行研究，可使大庆油水界面张力达到超低界面张力(10-3mN/m)，研究了合成的新型十六烷基胺无碱表面活性剂与传统表面活性剂形成的复配体系，产生显著的协同增效作用。其与烷基苯磺酸盐复配质量比为4∶1～5∶1时，复配体系能使油水界面张力达10-4mN/m数量级。考察了盐、碱含量及温度对复配体系性能的影响。

1 试剂及仪器

十六烷基胺、二乙醇胺、甲醇、氢氧化钠、丙烯酸甲酯，均为分析纯。

G511型立式搅拌器；真空泵；电热恒温水浴锅；Perkin-Elmer 1700型FT-IR光谱仪，美国Perkin Elmer公司；KQ-C玻璃仪器气流烘干器；TX-500型旋滴界面张力仪。

2 表面活性剂的合成

2.1 十六烷基氨基丙酸甲酯的合成

首先以十六烷基胺为原料，与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应。称取17.20 g十六烷基胺加入蒸馏烧瓶中，加热至65 ℃至烷基胺完全液化，再用滴液漏斗缓慢滴入18.07 g丙烯酸甲酯，滴加完毕后恒温，迈克尔加成反应3.5 h，反应结束后用真空泵抽滤，得到产物3-(十六烷基氨基)丙酸甲酯。称取质量，计算收率为85%。

2.2 氨解产物的合成

由迈克尔加成产物和二乙醇胺发生氨解反应。将十六烷基氨基丙酸甲酯与二乙醇胺按质量比1∶1加入蒸馏烧瓶中，再加入一定量氢氧化钠作催化剂，将其加热至90～100 ℃预反应3 h，采用分液漏斗加球形冷凝管蒸出甲醇，继续加热，抽泵抽滤，得到3-(十六烷基氨基)丙酰二乙醇胺(简称DW-3-16)，计算收率达95%～98%。

2.3 结构表征

利用Perkin-Elmer 1700型FT-IR光谱仪对所合成的目标产物进行红外光谱分析[2]，谱图中吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。红外光谱图见图1。

图1 表面活性剂DW-3-16红外光谱图

3 十六烷基胺无碱表面活性剂的界面性能

采用TX-500型旋滴界面张力仪对合成的十六烷基胺无碱表面活性剂DW-3-16的油水界面张力进行测定[3]。

3.1 DW-3-16与原油间动态界面张力

配制表面活性剂含量(质量分数，下同)为0.05%～0.25%，选用大庆采油一厂原油，45 ℃下测定油水界面张力，结果见图2。

图2 DW-3-16与原油间动态界面张力

从图2看出，DW-3-16含量为0.20%～0.25%时，DW-3-16使得油水界面张力达超低界面张力 (10-3mN/m)；随着含量增加，其界面张力逐渐降低，且在50 min内达到平衡。

3.2 碱对界面性能的影响

三元复合驱中注入碱能引起地层黏土分散、运移，导致地层渗透率下降，碱与油层流体及岩石矿物反应，可形成碱垢，对地层造成伤害，会引起油井结垢，影响油井正常生产；加入碱能大幅降低聚合物的黏弹性[4-5]。因此，碱对DW-3-16表面活性剂性能的影响至关重要。

DW-3-16含量0.25%，碱量0.8%，考察各种碱NaOH、Na2CO3、NaHCO3对界面张力的影响，结果见图3。在考察的碱类型中，均能使油水界面张力达超低界面张力(10-3mN/m)，且由于碱的加入使达超低界面张力的时间缩短(20 min即可达到)，强碱和弱碱对界面性能影响较小。

图3 碱类型对DW-3-16界面性能的影响

进一步考察Na2CO3加量对界面张力的影响，结果见图4。

图4 碱含量对界面性能的影响

从图4看出，Na2CO3加量为0.6%～0.8%时，能显著降低界面张力；加量为1.0%～1.2%时，界面张力显著升高。这是因为碱与原油接触时，原油中有机酸由油相内部向界面扩散并在界面吸附，吸附的有机酸组分与碱在界面上发生化学反应，形成有机酸盐，从而降低界面张力。

4 十六烷基胺无碱表面活性剂的复配性能

表面活性剂复配体系的研究与应用已经成为研究热点，利用合成的新型表面活性剂与传统表面活性剂以适当比例复配后形成的复配体系能产生非常显著的协同增效作用[6]。

4.1 烷基苯磺酸盐表面活性剂的界面性能

配制烷基苯磺酸盐表面活性剂C16-8MXS，油相选用大庆采油一厂原油，测定油水界面张力，结果见图5。 C16-8MXS烷基苯磺酸盐表面活性剂界面张力随着含量增加逐渐降低，含量为0.25%时，可达到超低界面张力。

图5 烷基苯磺酸盐C16-8MXS的界面性能

4.2 DW-3-16/C16-8MXS复配表面活性剂的界面性能

分别配制DW-3-16和C16-8MXS表面活性剂，含量为0.15%，按不同质量比复配，选大庆采油一厂原油，测定油水界面张力，结果见图6。

图6 DW-3-16/C16-8MXS复配表面活性剂的界面张力

从图6看出，DW-3-16与C16-8MXS质量比为2∶1～3∶1时，两者具有很好的配伍作用，使油水界面张力达超低界面张力 (10-3mN/m)；质量比为4∶1～5∶1时，复配表面活性剂体系能使油水界面张力达10-4mN/m数量级。

5 结论

1)以十六烷基胺和丙烯酸甲酯为主要原料，经迈克尔加成反应得到十六烷基氨基丙酸甲酯，加成产物进行氨解反应，合成了无碱非离子表面活性剂DW-3-16。利用光谱仪对合成的表面活性剂进行了红外光谱分析，表明合成的结构明确、纯度较高的表面活性剂符合目标产物结构。

2)45 ℃下，表面活性剂DW-3-16可使大庆采油一厂原油油水界面张力达超低界面张力。碱类型对DW-3-16的界面性能影响较小，而碱含量大于1.0%时，界面张力显著升高。

3)考察了DW-3-16与C16-8MXS形成的复配体系界面性能，质量比为2∶1～3∶1时，两者具有很好的复配作用，能使油水界面张力达10-3mN/m数量级；而质量比为4∶1～5∶1时，复配体系能使油水界面张力达10-4mN/m数量级。

[1] 韩冬,沈平平.表面活性剂驱油原理及应用[M].北京:石油工业出版社, 2001: 1-5.

[2] 刘合.大庆油田聚合物驱后采油技术现状及展望[J].石油钻采工艺,2008,30(3):1-6．

[3] Taylor K C，Hawkins B F，Islam M R．Dynamic interfacial tension in surfactant enhanced alkaline flooding[J]．TheJournalofCanadianPetroleumTechnology，2006，29(1)：50-55．

[4] 贾忠伟,杨清彦,侯战捷,等.油水界面张力对三元复合驱驱油效果影响的实验研究[J].大庆石油地质与开发,2005,24(5):79-81.

[5] 杨金华,曹亚,李惠林.高分子表面活性剂与原油形成超低界面张力的研究[J].精细化工,1999,16(2):3-6．

[6] 孙正贵,张健,夏建华,等.两种新型石油磺酸盐基复合驱油剂的研制[J].中国石油大学学报:自然科学版,2007,31(2):135-138.

Synthesis of Hexadecyl Amine Alkali-Free Surfactant and Research on Interface Properties

Xie Jianbo，Wang Jiao

(HuanxilingOilProductionPlantofPetroChinaLiaoheOilfieldCompany,Panjin,Liaoning124000)

The new type alkali-free surfactant was synthesised with hexadecyl amine, methyl acrylate and diethanolamine as raw materials, through Michael addition reaction, hydrolysis and ester exchange. The structure of the product is characterized by infrared spectrum. The oil-water interfacial tension between new type alkali-free surfactant and Daqing oil production plant oil at 45 ℃ could reach ultra-low(10-3mN/m). The oil-water interfacial tension could reach 10-4mN/m magnitude when it compounded with alkyl benzene sulfonate in complex ratio of 4:1-5:1.

surfactants; hexadecyl amine; Michael addition reaction; alkyl benzene sulfonate

2015-05-21。

谢建波，硕士，助理工程师，研究方向油田高分子化合物的合成与性能研究及动态分析。

中国石油科技创新基金研究项目(2012D-5006-0403)。